頁巖氣開發(fā)技術(shù)對策研究

王玉磊

（長江大學(xué) 湖北荊州 434023）

（中石化勝利油田鉆井工藝研究院 山東 東營 257000）

頁巖油氣是以吸附或游離狀態(tài)賦存于富有機(jī)質(zhì)、極低滲透率的頁巖、泥質(zhì)粉砂巖和砂巖夾層系統(tǒng)中的以自生自儲、連續(xù)聚集成藏的油氣藏。與常規(guī)天然氣相比，頁巖氣開發(fā)雖然產(chǎn)能低，但具有開采壽命長和生產(chǎn)周期長的優(yōu)點，大部分產(chǎn)氣頁巖由于分布范圍廣、厚度大，且普遍含氣，頁巖氣資源量巨大，因而頁巖氣井能夠長期地以穩(wěn)定的速率產(chǎn)氣，一般開采壽命為30～50年[1]，中國的頁巖氣資源豐富，是常規(guī)天然氣資源量的2.4倍[2]。研究頁巖氣的開發(fā)技術(shù)對策，對于緩解國內(nèi)能源供需矛盾、保障國家能源安全將會發(fā)揮重要作用。

一、儲集空間

1.微裂縫

裂縫在地下既是油氣儲集空間，同時連通了泥質(zhì)巖本身的孔隙，通過裂縫網(wǎng)狀系統(tǒng)連續(xù)分布，擴(kuò)大了供烴范圍，提高了儲集層的滲流能力[3]。裂縫按成因可分為成巖微裂縫和構(gòu)造微裂縫兩類，前者主要包括層間微裂縫和超壓微裂縫。超壓微裂縫為壓力達(dá)到巖石臨界值時發(fā)生破裂形成的裂縫，一般可達(dá)到幾十厘米長度。層間微裂縫為頁理間的平行層理紋層面間的微孔縫，寬度較窄，一般為幾十微米。構(gòu)造微裂縫又分為張裂縫和剪裂縫，其中張裂縫包括橫張裂縫和縱張裂縫，一般為毫米級別[3-（5]見圖1）。

2.微孔隙

Loucks等人將微孔隙劃分為大孔（孔徑256～4 mm）、中孔（4 mm～62.5μm）、微孔（62.5～1μm）、納米孔（1μm～1nm）、微微孔（小于1nm）。按照這一分類，根據(jù)干酪根、水、烴類分子與泥巖孔隙直徑大小的比較，多數(shù)油氣分子處于中孔到納米孔徑范圍內(nèi)，因此，納米孔、微孔和中孔是泥頁巖油氣有效儲集空間。

（a）羅69井，埋深3095.16 m，順層微裂縫；（b）羅69井，埋深3029.18 m，層間微裂縫；（c）羅69井，埋深3046.57 m，順層微裂縫發(fā)亮黃色熒光；（d）羅69井，埋深3060.62 m，超壓裂縫內(nèi)充填亮晶方解石（；e）羅69井，埋深3077.35 m，方解石半充填高角度斜交縫（構(gòu)造縫）含油；（f）羅69井，埋深3021.05 m，灰質(zhì)泥巖，未充填微裂縫發(fā)綠光。

圖1 羅69井沙三下亞段泥頁巖裂縫型儲集空間[3]

3.有機(jī)質(zhì)孔隙

有機(jī)孔隙主要與烴源巖中生物殘留腔體、化石碎片遮擋以及干酪根分子間的微孔隙有關(guān)，其孔徑一般為微米—納米級別，也是油氣的有效儲集空間，其內(nèi)頁巖氣主要為吸附氣。駱楊研究了柳屯洼陷沙三上亞段泥頁巖氣藏的魚骨化石，熒光薄片中可見有順紋層分布的熒光顯示，顯示為明顯的有機(jī)孔隙。

頁巖氣儲層孔隙微小，微裂縫僅在局部區(qū)域發(fā)育，大部分區(qū)域滲流阻力大，不具備自然產(chǎn)能。因此，必須研究頁巖氣儲層適宜的開發(fā)技術(shù)對策，才能提高產(chǎn)能。

二、開發(fā)技術(shù)對策

1.利用地震預(yù)測儲層展布

如何優(yōu)選“甜點”區(qū)，是油氣勘探者面臨的一個難題。衡量“甜點”區(qū)的指標(biāo)主要包括埋藏深度、頁巖本身的礦物成分、脆度、孔隙度（裂縫）、滲透率以及原始地應(yīng)力大小、方向及差異等[6]。利用地震層序框架的宏觀等時特性約束井間測井層序?qū)Ρ?，建立起本區(qū)地震—測井綜合層序地層對比框架，可有效預(yù)測有利頁巖氣儲層的分布。利用疊前反演技術(shù)、疊后反演技術(shù)揭示泊松比（υ），縱橫波速比等可識別頁巖氣藏的脆度大小[6]。利用疊后波阻抗反演、疊前A V O反演和疊前彈性阻抗反演以及頻譜分解技術(shù)可對頁巖儲層進(jìn)行含氣性檢測，運(yùn)用相干與曲率等屬性分析技術(shù)、寬方位甚至全方位地震各向異性分析技術(shù)、疊前反演技術(shù)、橫波分裂技術(shù)等，可進(jìn)行頁巖氣儲層裂縫預(yù)測[8]。

2.水平井鉆井技術(shù)

在104例患者中，63例診斷為DM，占比為60.58%，7例糖耐量異常（IGT），占比為6.73%，5例空腹血糖受損（IFG），占比 4.81%，11例 IGT+IFG，占 10.58%，18例糖耐量正常，占17.31%。見表1。

水平井相較直井，可以更好地利用儲層中的天然裂縫，使井筒穿越更多儲層，其最終采收率是直井的3倍，而費用只相當(dāng)于直井的2倍?？刹捎萌S地震解釋技術(shù)設(shè)計水平井軌跡，通過沿垂直于最大水平應(yīng)力方向鉆井的方法增加井筒與裂縫相交的可能性，從而打開更多的頁巖表面進(jìn)行開采。在鉆井過程中，可利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向技術(shù),用于地層引導(dǎo)和地層評價,確保目標(biāo)區(qū)內(nèi)鉆井；隨鉆測井技術(shù)(L WD)和隨鉆測量技術(shù)(MWD)，可用于水平井精確定位、地層評價，將地層天然裂縫和鉆井誘發(fā)裂縫進(jìn)行比較，確定射孔和油井增產(chǎn)的最佳目標(biāo)。利用欠平衡鉆井技術(shù)，以空氣作為循環(huán)介質(zhì)在頁巖中鉆進(jìn)；可防止鉆井液漏失，提高鉆速，減少儲層污染]。

3.完井技術(shù)

頁巖主要成分為黏土、泥質(zhì)和砂巖，容易引起水化膨脹，引發(fā)山井漏井塌，引起水鎖和氣鎖效應(yīng)，影響最終采收率，采用合理的鉆井方式，選用適合的鉆井液體系及固井液體系，完善完井方式是開發(fā)頁巖氣儲層保護(hù)的重點。泡沫固井技術(shù)，能夠解決低壓易漏長封固水平段固井質(zhì)量不佳的難題。套管開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)降低了增產(chǎn)措施的技術(shù)難度，有機(jī)和無機(jī)鹽復(fù)合防膨技術(shù)，能夠確保井壁的穩(wěn)定性。

4.壓裂增產(chǎn)

大部分頁巖氣儲層沒有或具有極低的自然產(chǎn)能，不經(jīng)過壓裂等改造措施，基本沒有工業(yè)價值。目前的壓裂方式主要有同步壓裂、鏈?zhǔn)綁毫?、重?fù)壓裂等，這幾種壓裂方式可以溝通更多的微裂縫，增加裂縫網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，從而提高單井產(chǎn)能。目前國內(nèi)主要的壓裂液選擇以清水壓裂、凝膠壓裂為主。但清水壓裂受水資源用量大及攜砂性能差的制約，產(chǎn)生的裂縫容易閉合；凝膠壓裂攜砂能力強(qiáng)于清水壓裂，但對儲層的傷害較大。國外一些新的壓裂技術(shù)如混合壓裂、纖維壓裂、通道壓裂、二氧化碳壓裂、液化石油氣壓裂等能夠解決中國水資源匱乏、大型壓裂設(shè)備運(yùn)輸困難、壓裂液處理技術(shù)繁瑣等問題，施工時能減少清水壓裂鋪砂不到位、強(qiáng)濾失、易脫砂等技術(shù)問題，并能顯著提高頁巖氣產(chǎn)量。

5.叢式井

結(jié)論

1.頁巖氣儲集空間主要有微裂縫、微孔隙、有機(jī)質(zhì)孔隙三種，微孔隙是其主要儲集空間。

2.利用地震反演技術(shù)可預(yù)測頁巖氣儲層的規(guī)模、脆度、含氣性、裂縫發(fā)育狀況，明確“甜點”區(qū)域。

3.三維地震技術(shù)有利于叢式水平井軌跡設(shè)計，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向有利于地層引導(dǎo)和地層評價，隨鉆測井技術(shù)和隨鉆測量技術(shù)明有利于確有利確定射孔和油井增產(chǎn)的最佳目標(biāo)，欠平衡鉆井技術(shù)有利于提高鉆速，減少儲層污染，以上技術(shù)可提高叢式水平井鉆井質(zhì)量，最大限度提高產(chǎn)能。

4.泡沫固井技術(shù)，能夠解決低壓易漏長封固水平段固井質(zhì)量不佳的難題。套管開窗側(cè)鉆水平井技術(shù)降低了增產(chǎn)措施的技術(shù)難度，有機(jī)和無機(jī)鹽復(fù)合防膨技術(shù)，能夠確保井壁的穩(wěn)定性。

5.混合壓裂、纖維壓裂、通道壓裂、二氧化碳壓裂、液化石油氣壓裂等壓裂技術(shù)更適應(yīng)中國國情。

[1]李世臻，喬德武，馮志剛，等.世界頁巖氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及對中國的啟示[J].地質(zhì)通報，2010,29（6）：918-923.

[2]胡文瑞，鮑敬偉.探索中國式的頁巖氣發(fā)展之路[J].天然氣工業(yè)，2013,33（1）：1-7.

[3]張善文，王永詩，張林曄，等.濟(jì)陽坳陷渤南洼陷頁巖油氣形成條件研究[J].中國工程科學(xué)，2012,14（6）：49-55.

[4]鄧美寅，梁超.渤南洼陷沙三下亞段泥頁巖儲集空間研究：以羅69井為例[J].地學(xué)前緣（中國地質(zhì)大學(xué)（北京）；北京大學(xué)），2012,19（1）：173-180.

[5]駱楊，趙彥超，呂新華.東濮凹陷柳屯洼陷沙河街組三段上亞段鹽間泥頁巖儲層特征[J].2013,34（2）:293-300.

[6]楊瑞召，趙爭光，龐海玲，等.頁巖氣富集帶地質(zhì)控制因素及地震預(yù)測方法[J].2012,19（5）：339-347.